边坡控制爆破技术

小湾水电站左右岸拱 肩槽开挖预裂壁面
溪洛渡水电站左岸坝 肩槽开挖预裂壁面
两种方法都是对开挖周边进行控制的爆破技术，通过 较密的钻孔和“弱装药”及“不耦合”来降低炸药爆 破时对炮孔壁周围岩石的破坏程度，并取得平整光滑 的轮廓面。 在相同的装药条件下，两者都是通过不耦合装药来降 低爆破对岩体破坏的动效应，而光面爆破的静效应远 小于预裂爆破，从爆破理论分析，光面爆破比预裂爆 破对基岩损伤要小得多，更有利于保证围岩的稳定。 光面爆破有侧向临空面，其存在使应力波和爆生气体 能量向抵抗线方向转移。实践证明，这种转移的能量 不至于阻碍裂缝的形成，但可以使作用于保留岩体的 能量减弱。因此，光面爆破的壁面质量一般要优于预 裂爆破壁面质量。


（1）钻孔直径d ：深孔爆破时公路、铁路与水电取 d=(80～100)mm，大直径多用于矿山d=(150～310)mm； 浅孔爆破，取d=(42～50)mm。 （2）台阶高度H ：与主体石方爆破台阶相同，一般情 况，深孔取H≤15m，浅孔取1.5m≤H<5m为宜。 （3）最小抵抗线W光 ： W光=Kd 或 W光=K1a光 式中：K——计算系数，一般取K=15～25，硬岩取小值； K1——计算系数，一般取K1=1.5～2.0，孔径大取 小值； d——炮孔直径，mm； a光——光面爆破孔距，m。

上述模式将预裂成缝机理分为二个过程，即应 力波的作用过程和高压气体的作用过程，它们 有先后，但又是连续的不可分割的。第一个过 程，应力波的作用：当它从孔壁向四周传开后， 产生的切向拉应力超过岩石的抗拉强度而使岩 石破裂。最初的裂缝出现在炮孔壁向外的短距 离内。如果应力波在两孔之间能够发生叠加， 那么，在此区段内，合成拉应力也能使岩石产 生裂缝。这些裂缝给预裂面的形成创造有利的 导向条件。
岩石性质 软弱岩石 中硬岩石 次坚石 岩石抗压强 度/MPa ＜50 50～80 80～120 钻孔直径 /mm 80 100 80 100 90 100 钻孔间距/m 0.6～0.8 0.8～1.0 0.6～0.8 0.8～1.0 0.8～0.9 0.8～1.0 0.8～1.0 线装药量/ g· -1 m 100～180 150～250 180～300 250～350 250～400 300～450 300～700
三峡水电站永久 船闸的光面爆破
永久船闸成型后 的情况
采用了预裂和光面爆破开挖的三峡工程钢管槽
① 定义：沿边坡线按照设计的边坡高度、坡度 采用控制爆破技术进行边坡开挖的方法，称边坡 控制爆破，边坡控制爆破是维护边坡稳定的重要 技术措施。其基本方法有光面爆破和预裂爆破。 ② 边坡的分类：石方边坡按用途可分为永久边 坡和临时边坡；按形状可分为垂直边坡和倾斜边 坡；按边坡高低可分为高边坡和低边坡。对于矿 山和交通部门，边坡高度大于15m称高边坡，边 坡低于5.0m称低边坡，一般石方边坡为5.0m～ 15.0m。对于水利水电部门也存在有特高边坡。

(1) 炮孔起爆顺序不同。光面爆破是主爆区先爆， 光爆孔后爆；预裂爆破是预裂孔先爆，主爆区后 爆。 (2) 自由面数目不同。光面爆破有两个自由面， 预裂爆破只有一个自由面。 (3) 单位炸药消耗量不同。光面爆破单位炸药消 耗量小；预裂爆破由于夹制性大炸药单耗大。
（1）地质条件适应性。光面爆破和预裂爆破广泛地 用于坚硬和完整的岩体中，效果明显；在不均质和 构造发育岩体中，采用光面爆破效果虽然不明显， 但它可减轻对保留岩体破坏，减少超欠挖，有利于 边坡稳定。 （2）爆破方法适应性。光面爆破和预裂爆破适应于 孔深大于1.0m的浅孔爆破，露天及地下深孔爆破。 （3）工程适应性。光面爆破和预裂爆破适应于铁路、 公路、水利、矿山、场坪等石方边坡开挖工程。
（4）炮孔超深h： h=(0.5～1.5)m，孔深大和岩 石坚硬完整者取大值，反之取小值。 （5）孔距a光 ： a光=mW光 式中：m——炮孔密集系数，一般取m=0.6～0.8。 （6）炮孔长度L ： L=（H+h）/sinα 式中：α——边坡钻孔角度。
（7）装药量计算 光面爆破装药量计算分为线装药密度和单孔 装药量的计算。 线装药密度q光的计算： q光=K光a光W光 单孔装药量： Q光=q光L 式中：Q光——单孔装药量，g； q光——线装药密度，g/m，其值参见相 应表所示值确定。

爆炸高压气体紧接着应力波作用到孔壁上，它 的作用时间比应力波要长的多。孔周围便形成 准静态的应力场。相邻炮孔相互作用，并互位 于应力场中。孔中连线方向产生很大的拉应力， 孔壁两侧产生拉应力集中。如果孔的间距很近， 则炮孔之间连线两侧全部是拉应力区，并达到 足以拉断岩石的程度。爆炸气体作用是预裂缝 最终形成的基本条件，起着主导作用。 尽量缩小预裂炮孔之间的起爆时差，对于预裂 缝的形成有利。
20世纪70年代葛洲坝工程进行了大规模预裂爆破 的试验研究，主要研究的内容包括：
（1）预裂爆破的参数；
（2）预裂爆破对保留岩体的损伤；
（3）预裂爆破的减振效果；
（4）预裂爆破的装药结构及施工方法。
上述研究成果，使预裂爆破在葛洲坝工程中得 以全面推广，将所有缓坡全部改为陡坡开挖，并大 大减少开挖工程量。导爆索药串绑在竹片上的装药 方法，沿用至今，并在全国推广。
Q线 0.034 压
0.6
a
0.6
工程类比法：
根据完成的工程实际经验资料，结合地形 地质条件、钻孔机械、爆破要求及爆破规模等 进行类比，是预裂爆破参数选择行之有效的方 法。 附：更简单的经验公式： 孔距：a=n×d 预裂爆破：n=8~12 光面爆破： n=12~16
预裂爆破参数经验数值表




预裂爆破是在半无限介质中进行的，由于岩石的夹制 作用，预裂爆破在裂开岩体的同时也对保留岩体产生 了较强的震动影响。 光面爆破是在主爆破孔起爆后再起爆的，相当于在半 无限介质中形成瞬间临空面后再进行周边孔爆破，由 于自由面的存在，岩体的约束条件发生了变化，岩体 受力状态与预裂爆破时有明显的不同。采用预留光爆 层的光面爆破，使光爆孔的临空面形成得更充分。 预裂爆破钻孔数量较多，钻孔质量要求高，爆破参数 不易控制； 光面爆破因有临空面，光爆参数易控制，且参数在一 定的范围内都能得到较好的爆破效果。
①定义：沿开挖边界布置密集炮孔采用不耦合装药 或装填低威力炸药，在主爆区爆破之前起爆，在爆 破和保留区之间形成一道有一定宽度的贯穿裂缝
（预裂缝），以减弱主体爆破对保留岩体的破坏，
并形成平整的轮廓面的爆破作业，称预裂爆破。 ②预裂缝的作用：
A. B. C.
防止主爆区的破裂缝伸向保留区； 减小主爆区对保留区的振动影响；
坚石
＞120
90～100
预裂爆破的线装药密度与岩石的抗压强度成正比
抗压强度 /MPa 线装药密度 /kg· -1 m
10 0.15
20 0.2
25 0.25
70 0.35
80 0.40
150 0.60
（1）炸药性能。不同品种的炸药，应进行必要的
换算。
（2）线装药密度。应根据不同装药结构进行处理。 采用分段装药时，在保证填塞长度条件下，取底 部加强装药段长度L3=0.2L，中部正常装药段长度 L2=0.5L，顶部为减弱装药和填塞段L1=0.3L。
（3）炮孔直径与孔深关系。一般条件下，孔深浅，
孔径小；孔深大，孔径大。浅孔爆破取孔径 =(45～50)mm，深孔爆破取d=(80～100)mm，或 者更大值，d=250mm和d=310mm
（4）孔径和孔距的关系。预裂爆破一般采用
不耦合装药，不耦合系数大于2为佳。一般取
孔距a预=(8～12)d，计算时，应使a预符合上述
预裂缝的超深（Δh）及超长（L）示意图 （间距为主炮孔的0.7倍左右）
炮眼间距：一般以钻孔直径的倍数表示：孔距： a=n×d
永久边坡：n=7~10；临时边坡：n=10~20；
装药量（线装药密度）：
经验公式计算法 深孔爆破：
Q 线 0.042 压
0.5
a
0.6
地下隧道爆破：
主爆区
预留光爆层法
主爆破孔 光面爆破孔
①定义：沿开挖边界布置密集炮孔，采取不耦合装药或 装填低威力炸药，在主爆区爆破后起爆，以形成平整轮 廓面的爆破作业称光面爆破。 ② 基本作业方法：
A. 预留光爆层法。先将主体石方进行爆破开挖，预留设 计的光爆层厚度，然后再沿开挖边界钻密孔进行光面爆 破。光爆层厚度是指周边孔与最外层主爆孔之间的距离 B. 一次分段延期起爆法。光面爆破孔和主爆孔用毫秒延 期雷管同次分段起爆，光面爆破孔迟后主爆孔(150～ 200)ms起爆。
开挖边线形成平整轮廓面。
②基本作业方法 A. 预裂孔先行爆破法。在主体石方钻孔之前，先沿 边坡钻密孔进行预裂爆破，然后再进行主体石方钻 孔爆破。 B. 一次分段延期起爆法。预裂孔和主爆破孔用毫秒 延期雷管同次分段起爆，预裂孔先于主爆孔 (75～ 110)ms起爆。 由于预裂孔距被保护的重要设施和待保留的岩体 很近，且其夹制作用大，在装药量相同时，爆破 时预裂孔比主爆孔所产生的爆破振动更大，所以 应该限制预裂孔爆破的单响药量。

关于预裂爆破的成缝机理有3种解释：应力波干涉 理论、以高压气体为主要作用的理论、爆炸应力波 和高压气体联合作用理论。第三种解释为多数人所 接受。

联合作用理论可以用以下粗略的模式来描述：爆炸
应力波由炮孔向四周传播，在孔壁及炮孔连线方向 出现裂缝，随后在爆炸气体作用下，使原裂缝延伸 扩大，最后形成平整的开裂面。
边坡控制爆破
2012.12
20世纪50年代瑞典发明并使用了光面爆破技术。
20世纪60年代初，美国尼亚加拉水电站使用预裂 爆破技术，并在60年代中期进行预裂爆破的理论研 究。在60年代中期及70年代，对预裂爆破和光面爆 破的成缝机理研究中，完成了从应力波拉坏论，爆 破气体破坏论，应力波与爆破气体联合作用破坏论 的发展阶段。 我国水电系统在1963年和1964年由长江水利委 员会在湖北陆水电站护坝首次进行预裂爆破试验。 接着水电部施工研究所在刘家峡工程尾水洞口部也 试用过预裂爆破，后因文化大革命而停止了数年。